實驗一 拉伸實驗

      拉伸實驗是測定材料力學性能的zui基本zui重要的實驗之一。由本實驗所測得的結果，可以說明材料在靜拉伸下 的一些性能，諸如材料對載荷的抵抗能力的變化規(guī)律、材料的彈性、塑性、強度等重要機械性能，這些性能是工程上合理地選用材料和進行強度計算的重要依據(jù)。

   一、實驗目的要求

• 測定低碳鋼的流動極限、強度極限、延伸率、截面收縮率和鑄鐵的強度極限。
• 觀察低碳鋼和鑄鐵在拉伸過程中表現(xiàn)的現(xiàn)象，觀察外力和變形間的關系曲線（曲線）。
• 比較低碳鋼和鑄鐵兩種材料的拉伸性能和斷口情況。
  

  二、實驗設備和儀器

  微機控制機械材料試驗機、游標卡尺、等.試驗機主要由上橫梁、移動橫梁、傳感器、夾具接頭（十字頭）、夾具、下橫梁、滾珠絲杠副、傳動（減速）系統(tǒng)、伺服電機、防護外殼、限位保護裝置及控制系統(tǒng)組成.
  1）關鍵零部件。采用松下伺服系統(tǒng)，世銓載荷傳感器，內(nèi)米控光電編碼器等。
      2）、同步圓弧齒形帶減速系統(tǒng)，具有效率高、壽命長、噪音低、免維護的優(yōu)點。許多設備現(xiàn)在還在繼續(xù)使用蝸輪 蝸桿減速機。其主要原因是他們的伺服系統(tǒng)目前依然采用模擬速度控制方式，由于模擬控制所固有的零飄、失調(diào)、無法實現(xiàn)的零速，所以必須利用蝸輪 蝸桿的自鎖效應停車?，F(xiàn)在采用是純數(shù)字的鎖相環(huán)位置脈沖控制模式，無零飄、無失調(diào)。
      3）、傳動結構。采用高精度滾珠絲杠實現(xiàn)加載，因而，加載平穩(wěn)，試驗機的壽命長，長期穩(wěn)定性好且節(jié)能。
      4）、且有多種保護措施。如：功率環(huán)節(jié)的各種電氣保護，軟件部分的超載，超位移保護，機械強制安全限位保護等。
      5）.   開放的數(shù)據(jù)結構，無論是結果參數(shù)還是過程數(shù)據(jù)都允許用戶隨機調(diào)用。
     6）.用戶自編輯報告功能。數(shù)據(jù)可方便的導入Excel表格，方便用戶后期處理。

  三、拉伸試件

  金屬材料拉伸實驗常用的試件形狀如圖所示。圖中工作段長度稱為標距，試件的拉伸變形量一般由這一段的變形來測定，兩端較粗部分是為了便于裝入試驗機的夾頭內(nèi)。
                 
   

  為了使實驗測得的結果可以互相比較，試件必須按國家標準做成標準試件，即或。
  對于一般板的材料拉伸實驗，也應按國家標準做成矩形截面試件。其截面面積和試件標距關系為或，為標距段內(nèi)的截面積。

  四、實驗方法與步驟

  1、低碳鋼的拉伸實驗：

  1. 試件的準備：在試件中段取標距或在標距兩端用腳標規(guī)打上沖眼作為標志，用游標卡尺在試件標距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑（在每處的兩個互相垂直的方向各測一次取其平均值）取zui小值作為計算試件橫截面面積用。
  2. 試驗機的準備；首先了解材料試驗機的基本構造原理和操作方法，學習試驗機的操作規(guī)程。根據(jù)低碳鋼的強度極限及試件的橫截面積，初步估計拉伸試件所需zui大載荷，進入Rgtest控制系統(tǒng),，進入主界面, 對主菜單中系統(tǒng)配置菜單依次進行試驗方式、硬件設置、軟件設置、環(huán)境參數(shù)、運行參數(shù)、運行結果等各項指標進行設置;再選擇通訊菜單聯(lián)機, 然后調(diào)整試驗機下夾頭位置，將試件夾裝在夾頭內(nèi),將負荷、位移清零.。
  3. 進行實驗：試件夾緊后，試件緩慢均勻加載，計算機時時顯示和變形的關系曲線（曲線）如圖所示。從圖中可以看出，當載荷增加到點時，拉伸圖上段是直線，表明此階段內(nèi)載荷與試件的變形成比例關系，即符合虎克定律的彈性變形范圍。當載荷增加到點時，測力計指針停留不動或突然下降到點，然后在小的范圍內(nèi)擺動，這時變形增加很快，載荷增加很慢；這說明材料產(chǎn)生了流動（或者叫屈服）與點相應的應力叫上流動極限，與相應的應力叫下流動極限，因下流動極限比較穩(wěn)定，所以材料的流動極限一般規(guī)定按下流動極限取值。以點相對應的載荷值除以試件的原始截面積即得到低碳鋼的流動極限，流動階段后，試件要承受更大的外力，才能繼續(xù)發(fā)生變形若要使塑性變形加大，必須增加載荷，如圖形中點至點這一段為強化階段。當載荷達到zui大值（點）時，試件的塑性變形集中在某一截面處的小段內(nèi)，此段發(fā)生截面收縮，即出現(xiàn)“頸縮”現(xiàn)象。此時記下zui大載荷值，用除以試件的原始截面積，就得到低碳鋼的強度極限。在試件發(fā)生“頸縮”后，由于截面積的減小，載荷迅速下降，到點試件斷裂。

  關閉機器，取下拉斷的試件，將斷裂的試件緊對到一起，用游標卡尺測量出斷裂后試件標距間的長度，按下式可計算出低碳鋼的延伸率
  。
  將斷裂的試件的斷口緊對在一起，用游標卡尺量出斷口（*）處的直徑，計算出面積；按下式可計算出低碳鋼的截面收縮率，
   

  
  
  圖1-2                              圖1-3

  從破壞后的低碳鋼試件上可以看到，各處的殘余伸長不是均勻分布的。離斷口愈近變形愈大，離斷口愈遠則變形愈小，因此測得的數(shù)值與斷口的部位有關。為了統(tǒng)一值的計算，
  
  

  規(guī)定以斷口在標距長度中央的區(qū)段內(nèi)為準，來測量的值，若斷口不在區(qū)段內(nèi)時，需要采用斷口移中的方法進行換算，其方法如下：
  設兩標點到之間共刻有格，如圖1-4所示，拉伸前各格之間距離相等，在斷裂試件較長的右段上從鄰近斷口的一個刻線起，向右取格，標記為，這就相當于把斷口擺在標距中央，再看點至點有多少格，就由點向左取相同的格數(shù)，標以記號，令表示到的長度，則的長度中包含的格數(shù)等于標距長度內(nèi)的格數(shù)，故。
  當斷口非常接近試件兩端，而與其頭部之距離等于或小于直徑的兩倍時，一般認為實驗結果無效，需要重作實驗。
  

  2、鑄鐵的拉伸實驗：

  • 試件的準備：用游標卡尺在試件標距范圍內(nèi)測量中間和兩端三處直徑取zui小值計算試件截面面積，根據(jù)鑄鐵的強度極限，估計拉伸試件的zui大載荷。
  • 試驗機的準備；與低碳鋼拉伸實驗相同
  • 進行實驗：機器運行，緩慢均勻加載直到斷裂為止。記錄zui大載荷，觀察自動繪圖裝置上的曲線，如圖1-3所示。將zui大載荷值除以試件的原始截面積，就得到鑄鐵的強度極限。因為鑄鐵為脆性材料在變形很小的情況下就會斷裂，所以鑄鐵的延伸率和截面收縮率很小，很難測出。